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TiNi形状记忆合金真空感应熔炼工艺的研究.pdf
第40卷 第6期 稀有金属材料与工程 、,oL40.No.6 2011年 6月 RAREMETAL~城rER认LSANDENGINEERING June201l TiNi形状记忆合金真空感应熔炼工艺的研究 王建淦,牛中杰,毛江虹,曹继敏,杨宏进,杨华斌 (西安赛特金属材料开发有限公司,陕西西安710016) 摘要:采用真空感应加石墨坩埚的熔炼工艺,研究熔炼时间、坩埚内径和铸锭质量对TiNi合金的化学成分均匀性和 杂质C、O含量的影响。结果表明:杂质含量随熔炼时间和熔液比接触反应面积(A/V比)的增加而增加,其中对C含 量的影响程度远大于对0含量的影响;同等条件下,AIV之比与坩埚内径、铸锭质量有密切的关系。10~20kg铸锭采 用10min+15rain的熔炼时间和内径为160mm的坩埚能够熔炼出杂质量较低、成分均匀的合金。 关键词:TiNi:熔炼工艺;真空感应;形状记忆合金 中图法分类号:TGl39 文献标识码:A 文章编号:1002.185X(2011)06一lll5-05 形状记忆合金拥有众多诸如超弹性、力学特性、 熔化时间与精炼时间(见表1)。根据感应炉的装炉量, 记忆效应、生物兼容性和耐蚀性等优异的性能,而这 按照设定的工艺分别熔炼5,15和20 kg的铸锭。此 些优良的性能都强烈依赖于铸锭的好坏,比如,杂质 外,为了考察坩埚内径对杂质含量的影响,根据感应 mm C会影响合金的记忆性能和相变温度,杂质O会强烈 线圈的固定尺寸分别使用内径为140,160的180 恶化合金的力学和加工性能。目前应用最广泛的近等 的石墨坩埚进行熔炼。浇注完毕后,从铸锭冒口、中 原子比TiNi记忆合金对化学成分非常敏感,成分控制段、尾段分别取样,按照相关标准进行Ni、C、O等 不好将最终影响产品的整体稳定性[1,21。因此,如何获元素的化学成分分析【4】。由于冒口是杂质聚集偏析之 得优质的铸锭是国内亟待解决的问题。 处,因此,C、O含量值为中段和尾段成分分析结果 对上述要求最为严格的当属医用记忆合金,其化 的平均值。 F 学成分和C、O含量必须符合ASTM2063—05标准, 2 结 果 其中C、O含量都必须控制在0.05%(质量分数,下 同)的范围内[31。工业使用的真空感应炉能够很好的2.1 熔炼时间对C、o杂质含量的影响 控制化学成分的均匀性,研究人员利用真空感应熔炼 使用石墨坩埚真空感应熔炼TiNi记忆合金时,在 来控制杂质已做了不少工作,主要有坩埚的选择、渗 熔炼过程中不可避免地会混入C和O等杂质元素,这 C反应的理论分析等[懈1。本实验将使用中频真空感应 就需要严格控制熔炼时间和设备功率等工艺参数。其 炉+石墨坩埚来熔炼合金,通过调整熔炼工艺和坩埚尺 中熔炼时间包括熔化时间和精炼时间,在本试验中熔 寸,研究C、O杂质含量的可控性和化学成分的均匀性。 化期最高温度控制在1600~1700℃,精炼期温度控制 在1350~1450℃。表l为在不同的熔炼时间下的C、 1 实验 O含量值。由表1可见,熔炼时间越长,C、O含量 采用中频感应炉+石墨坩埚熔炼TiNi近等原子比值越大,主要体现在精炼时间的不同。图1为精炼时 合金,本试验所有铸锭的名义配料成分相同,其中Ni 间对C、0含量的影响,从图中可看到随着精炼时间 的质量分数均为55.67%。工业生产使用的中频感应炉 的增长,C、O含量不断升高,其中C含量的增加幅 的真空度为
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